나노 일렉트로닉스로 ‘세포운명전환 기술’ 개발

국내 연구진이 세계에서 처음으로 나노 일렉트로닉스 기술을 활용한 생체 내 세포 운명 전환 기술을 개발했다. 파킨슨 병 등 퇴행성 뇌질환의 줄기세포 기반 세포 치료제의 실용화가 기대된다.
 
동국대 의생명공학과 김종필 교수와 유준상 연구원이 세계 최초로 나노 일렉트로닉스라는 개념의 전자기화 된 금 나노입자를 활용한 신개념 ‘세포 직접교차분화 리프로그래밍’ 기술을 개발해 혁신적인 생체 내 세포 운명 전환 기술을 확립했다. 고 미래창조과학부(장관 유영민)는 밝혔다.

이번 연구 결과는 생명과학분야의 권위 있는 학술지인 네이쳐 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF=38.986)에 7월 18일자에 게재됐다. <논문명: Electromagnetized gold nanoparticles mediate direct lineage reprogramming into induced dopamine neurons in vivofor Parkinson’s disease therapy_김종필(교신, 동국대 의생명공학과 교수), 유준상(제1저자, 박사과정)>

1▲ 바이오 융합 나노 일렉트로닉스 기술을 이용한 신개념 도파민 신경세포 세포 전환 기술 개발. a) 전자기화된 금 나노입자가 처리된 조건에서 피부세포를 리프로그래밍 유도해 도파민 신경세포가 만들어지는 모식도다. b) 나노 일렉트로닉스 기술을 이용한 마우스 생체 내 (in vivo) 직접교차분화 분석- 나노일렉트로닉스 기반 생체내 직접교차 리프로그래밍을 증명하기 위해, 유전적으로 표식된 별아교세포에서 신경으로 전환하였을 때, GFP를 발현하게 하여 별아교세포로부터 직접교차 리프로그래밍이 유도됐음을 증명.


‘세포 직접교차분화 리프로그래밍’은 세포의 운명을 자유자재로 조정하여 특정 세포를 타겟(target) 세포로 전환을 유도하는 기술로 현재 재생의학에서 기존 줄기세포치료제의 한계인 기존 성체, 역분화, 배아 줄기세포 치료제는 세포분화의 제한성, 안전성, 고비용 등의 문제로 실용화에 어려움을 극복할 수 있는 차세대 기술로 주목 받고 있는 분야다.

직접 교차 분화 (Direct lineage reprogramming)란 분화가 끝난 세포에서 전혀 다른 세포로 세포 운명 전환을 유도하는 과정을 말한다. 

연구팀은 나노 일렉트로닉스라는 개념의 전자기화 된 금 나노입자를 활용하여 체외(in vitro)에서 이미 분화를 마친 마우스 및 사람의 피부 세포를 신경세포로 전환하는데 성공했으며, 이 기술을 파킨슨 질환 모델 마우스에 적용하여 생체 내(in vivo)에서 도파민성 신경 세포를 생산함으로써 파킨슨 질환의 치료 효과를 확인했다.

이번 연구를 통해 바이오·나노·전자공학이 융합된 새로운 줄기세포 분야를 개척하였으며, 기존 기술을 뛰어넘는 줄기세포 세포치료 기술 확보의 가능성을 제시했다.

김종필 교수는 이번 연구 결과로 “파킨슨 병 뿐만 아니라 다양한 퇴행성 뇌신경 질환에 대한 줄기세포 기반 세포 치료제의 실용화 가능성이 높아졌다“며 세포 전환기술 및 리프로그래밍 연구에서 혁신적 성과로 세계를 선도해나가겠다는 포부를 밝혔다.

[김상헌 기자  ebiz@itnews.or.kr]